山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響因素分析

李培榕

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

山區(qū)地貌特殊，陡坡溝壑紛亂交錯(cuò)，地形復(fù)雜，山嶺縱橫，巖石結(jié)構(gòu)差異性大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件特殊，山區(qū)高速公路建設(shè)難度大[1-3]。影響山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)的因素眾多，該文分析了地形、地質(zhì)、環(huán)保、規(guī)劃、工程造價(jià)等因素對(duì)某山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)的影響，探討山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)優(yōu)化的有效措施。

1 地形對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

1.1 橫向地形對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

山區(qū)高速公路具有地形陡峭、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、縱坡橫坡交錯(cuò)等特點(diǎn)，如圖1 所示為某高速公路橫斷面圖。

圖1 某高速公路橫斷面

山區(qū)高速公路常見的橫向橫坡坡度包括1 ∶4、1 ∶2和1 ∶1，地形條件越復(fù)雜，橫向地面坡度越高，為提高高速公路穩(wěn)定性，需要配備的路基防護(hù)措施越多，常見的增加山區(qū)高速公路穩(wěn)定性的防護(hù)措施包括設(shè)計(jì)寬平臺(tái)、路基加筋、原地面開挖臺(tái)階、路基支擋結(jié)構(gòu)等[4-6]。山區(qū)高速公路路段橋梁樁基設(shè)置和立柱施工存在較大難度，因此在路線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需通過優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，盡量避開橫向陡峭地形，如果無法避免則應(yīng)進(jìn)行橋梁加固，同時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目可行性分析，選擇最佳施工方案降低項(xiàng)目支出。

1.2 縱向地形對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

山區(qū)高速公路縱向地形存在較大落差且結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，圖2 所示為某高速公路橫縱面圖。針對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)方面應(yīng)當(dāng)結(jié)合路段特征、地質(zhì)條件、通車要求等因素綜合分析，在路基和橋梁方案設(shè)計(jì)時(shí)可對(duì)多方案優(yōu)化，提高項(xiàng)目路段穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，通過方案優(yōu)化提高工程項(xiàng)目安全性。

圖2 某高速公路縱斷面

2 不良地質(zhì)對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

2.1 斷裂構(gòu)造對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

斷裂構(gòu)造可導(dǎo)致巖體破碎降低其強(qiáng)度、承載力及穩(wěn)定性，根據(jù)實(shí)際情況可將斷裂構(gòu)造分為斷層、節(jié)理和裂隙三種類型。該高速公路項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)有明顯的北向東走向的斷裂構(gòu)造且規(guī)模較大，遙感圖形中清晰可見[7]。

（1）該高速公路沿線斷裂構(gòu)造明顯，斷裂褶皺帶、斷裂帶覆蓋里程超過山區(qū)路段線路80%，斷裂構(gòu)造導(dǎo)致山體邊緣土體破裂、分解，斷裂構(gòu)造所致次生斷裂使邊坡巖體傾斜。工作區(qū)域內(nèi)巖石存在節(jié)理裂隙發(fā)育，多3-4組節(jié)理裂隙，裂隙以閉合裂縫為主或偶見少量裂隙微張，裂隙密度約為2～6 條每米，巖體破碎處裂隙深且長(zhǎng)。斷裂結(jié)構(gòu)導(dǎo)致巖體被切割成多邊形、菱形、矩形、不規(guī)則形等碎塊，山體完整性被破壞，穩(wěn)定性不佳，巖體強(qiáng)度稍低。

（2）節(jié)理、裂隙構(gòu)造的存在，會(huì)導(dǎo)致巖石破碎，降低巖體強(qiáng)度、穩(wěn)定性、承載力等指標(biāo)，同時(shí)導(dǎo)致地下水出露，不利于路基穩(wěn)定，導(dǎo)致路基填充中機(jī)械振動(dòng)擾動(dòng)斷層結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低地基穩(wěn)定性，甚至可能誘發(fā)更嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。節(jié)理、裂隙構(gòu)造影響下，巖層承載力不足，導(dǎo)致樁基摩擦力降低，不適合作為橋梁承樁基[8]。

（3）區(qū)域斷裂結(jié)構(gòu)以節(jié)理、裂隙構(gòu)造為主，降低隧道圍巖完整性及承載力，導(dǎo)致地基摩擦力不足，同時(shí)誘發(fā)地下水滲漏，施工過程中若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷裂結(jié)構(gòu)，可能導(dǎo)致隧道坍塌。

（4）路基填筑后，路基加載作用下易導(dǎo)致斷裂構(gòu)造區(qū)域地基不均勻沉降和路面開裂。斷裂結(jié)構(gòu)區(qū)域隧道圍巖需加強(qiáng)防護(hù)措施，導(dǎo)致工程造價(jià)升高。路線設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)對(duì)路基、橋梁、隧道穩(wěn)定性、工程造價(jià)等因素綜合分析，合理規(guī)劃并對(duì)多方案調(diào)整，盡量避開斷裂構(gòu)造區(qū)域。

（5）斷裂構(gòu)造因素導(dǎo)致路段邊坡滑動(dòng)，降低巖石承載力，導(dǎo)致裂隙發(fā)育增加陡坡路塹邊坡崩塌風(fēng)險(xiǎn)，在夾層或路段地質(zhì)軟硬均勻性差區(qū)域更為常見。

2.2 巖溶對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

巖溶是以化學(xué)溶蝕為主的流水沖蝕、坍塌、潛蝕等地質(zhì)作用和上述作用共同作用的現(xiàn)象的統(tǒng)稱，也被稱為喀斯特地貌。根據(jù)巖溶出露情況，可將其分為裸露巖溶和隱伏巖溶，山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合地質(zhì)情況合理優(yōu)化，路段線路應(yīng)盡量避讓裸露巖溶。

隱伏巖溶廣泛存在于路基且難以確定其分布狀況，該現(xiàn)象的存在，對(duì)項(xiàng)目工程產(chǎn)生了巨大危害，尤其是在廣西、湖南、貴州、江西等地高速公路項(xiàng)目建設(shè)中均出現(xiàn)過巖溶塌陷現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅路基、橋梁、隧道安全，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，在山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)路基勘測(cè)，避免沿線出現(xiàn)巖溶路段帶來潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。圖3 為某高速公路暗河分布平面示意圖。

圖3 某高速公路暗河分布平面示意圖

2.3 崩塌對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

巖石存在節(jié)理裂隙，會(huì)導(dǎo)致其抗風(fēng)化能力降低、承載力水平降低、易碎性升高，淺變質(zhì)巖區(qū)、碎屑巖區(qū)巖石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多軟硬不均或薄層軟弱且存在夾層，軟弱層浸水后強(qiáng)度降低、易碎程度升高，而硬質(zhì)巖節(jié)理裂隙發(fā)育后穩(wěn)定性不足，遭遇強(qiáng)烈震動(dòng)或強(qiáng)降雨等特殊情況時(shí)會(huì)增加塌方風(fēng)險(xiǎn)。

高邊坡或陡坡區(qū)域巖石層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形變化明顯，巖層強(qiáng)度低且易破碎，區(qū)域巖石多為軟硬間質(zhì)，人工開挖過程中易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)和坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致地質(zhì)不良現(xiàn)象發(fā)生，影響項(xiàng)目進(jìn)展和工程質(zhì)量?；◢弾r分布區(qū)域，風(fēng)化層較為明顯，巖體強(qiáng)度降低，降雨作用下易出現(xiàn)坡頂塌落，故在山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，需明確高邊坡工程與坍塌災(zāi)害之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，盡量避讓坍塌路段或存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)的線路，確實(shí)難以避免的則應(yīng)采取高填路基或深挖路塹等方式加固，提高路段穩(wěn)定性[9]。

2.4 高液限土對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

現(xiàn)行公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范指出，路堤填料不得選用塑性指數(shù)高于26 和液限指數(shù)高于50 的細(xì)粒土，也不得使用高液限土作為路堤填料，路堤填料選用高液限土，應(yīng)進(jìn)行合理處置，使其符合規(guī)范后方可應(yīng)用。

（1）高液限土一般不用于常規(guī)路基填筑，其含水量高、強(qiáng)度低、容量輕，需要采用特殊工藝進(jìn)行處置后，方可達(dá)到施工設(shè)計(jì)規(guī)范要求，處理不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象影響施工質(zhì)量，威脅道路安全。從性價(jià)比的角度分析，高液限土的綜合處理費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通路基填方，高液限土處置費(fèi)用約為每立方米12 元，遠(yuǎn)高于普通路基填方，而將其作為廢方處理則會(huì)增加棄土場(chǎng)防護(hù)和排水工程支出。由此可見，相比于一般路基填土，高液限土不論是特殊處理填充路基，還是作棄方處理其造價(jià)均較高。

（2）高液限土含水量高且強(qiáng)度低，采用高液限土作為路基填方，降雨過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致高液限土水飽和，若于高液限土路段設(shè)置路塹，易引發(fā)道路路塹邊坡滑塌影響道路安全。由此可見，山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)地質(zhì)探測(cè)，盡可能避讓高液限土路段或者結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況綜合分析，參考多重方案，考量高液限土應(yīng)用的可行性。

3 環(huán)保對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展離不開道路暢通，近些年來山區(qū)高速公路項(xiàng)目建設(shè)的腳步越來越快，高速公路的快速發(fā)展促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，為山區(qū)帶來了活力。但是與此同時(shí)，道路開發(fā)也帶來了生態(tài)破壞、地貌改變、水土流失、土壤侵襲、地質(zhì)災(zāi)害等一系列問題。因此，山區(qū)高速公路建設(shè)中如何針對(duì)生態(tài)敏感區(qū)或環(huán)境脆弱區(qū)做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)成為首要問題[10]。

（1）山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需結(jié)合實(shí)際情況合理優(yōu)化路線，堅(jiān)定環(huán)保理念，道路建設(shè)秉承“安全、環(huán)保、舒適、和諧”的目標(biāo)，盡最大努力降低公路項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的破壞，堅(jiān)持以人為本的核心理念，促進(jìn)道路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)，助力于山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)保護(hù)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生，形成綠色發(fā)展的良性格局。

（2）堅(jiān)持綠色環(huán)保理念，施工建設(shè)過程中嚴(yán)格落實(shí)，有效保護(hù)沿線生態(tài)，踐行綠色科技助力生態(tài)恢復(fù)。山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)需注重連續(xù)性，使區(qū)域歷史、文化、自然、環(huán)境、建筑等相關(guān)要素和諧統(tǒng)一，使山區(qū)公路項(xiàng)目與周圍環(huán)境融為一體。

4 地方規(guī)劃對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

高速公路的連通作用，對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，可發(fā)揮地區(qū)輻射優(yōu)勢(shì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和行業(yè)分工，是實(shí)現(xiàn)全面建成小康社會(huì)目標(biāo)、縮小區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距的重要措施。

（1）地區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)劃、工業(yè)園區(qū)規(guī)劃、先行區(qū)規(guī)劃、農(nóng)業(yè)示范區(qū)規(guī)劃、科技示范園規(guī)劃等均會(huì)對(duì)高速公路路線設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。

（2）高速公路項(xiàng)目建設(shè)，應(yīng)結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)和地域交通情況，還應(yīng)結(jié)合城鎮(zhèn)發(fā)展趨勢(shì)合理規(guī)劃，如果地區(qū)規(guī)劃不合理，將會(huì)限制高速公路路線設(shè)計(jì)的科學(xué)性，并影響項(xiàng)目進(jìn)展。

5 工程造價(jià)對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)影響分析

山區(qū)高速公路地形復(fù)雜，相比于普通路橋建設(shè)需要更多的土方、石料、鋼筋等原材料，工程造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)公路隧道項(xiàng)目。

因此，在山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合地區(qū)需求、地質(zhì)特征合理選擇方案，不可為降低工程造價(jià)而降低路線的安全性。

6 結(jié)論

地形、地質(zhì)、環(huán)保、規(guī)劃、工程造價(jià)等因素均會(huì)對(duì)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，該文對(duì)上述因素在山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)階段的作用進(jìn)行了系統(tǒng)性分析，為高速公路路線方案的合理選擇提供了參考。基于此，通過對(duì)上述因素的合理控制，結(jié)合工程造價(jià)、工程規(guī)模、工期要求、公路線型等特征提高山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可行性。